книги из ГПНТБ / Смехов Е.М. Теоретические и методические основы поисков трещинных коллекторов нефти и газа

«

ряда проблем, связанных с определением и подсчетом запасов нефти (газа) в трещинном коллекторе. Исследования, проводимые в этой области, можно подразделить на две большие группы. Пер­ вая группа исследований направлена на определение объема тре­ щин в трещинном коллекторе, вторая — посвящена установлению механизма и закономерностей вытеснения нефти водой в трещи­ новато-пористой среде.

Исследования по рассмотрению механизма нефтеотдачи в тре­ щинно-пористой среде показали, что в процессе нефтеотдачи уча­ ствуют не только трещины, но к насыщенные нефтью пористые блоки, а многолетняя практика эксплуатации месторождений неф­ ти, связанных с подобными коллекторами, свидетельствует о том, что запасы нефти в блоках намного превышают емкость собст­ венно трещин.

Некоторые исследователи указывают, что наличие искривле­ ний на кривых восстановления давления в скважинах можно объ­ яснить тем, что нефть поступает в системы трещин из плотных блоков, расположенных между грещинами. Это означает, что скважины вскрывают плотную малопроницаемую среду, окружен­ ную более проницаемой трещиноватой средой.

Рассмотрение задачи о совместном движении нефти и воды в трещиновато-пористой среде позволило заключить, что заводне­ ние трещинного коллектора является достаточно эффективным ме­ тодом повышения его нефтеотдачи. Причем в отличие от поровых коллекторов прорыв пластовых или нагнетенных вод в скважины в этих условиях не ограничивал дальнейшую эффективность до­ бычи нефти, так как для восстановления нормальной работы тре­ щиноватого пласта рекомендовалось уменьшить количество отби­ раемой нефти или перейти на периодическую эксплуатацию скважин.

Определение емкости трещин гидродинамическими методами рассматривается различными исследователями. В работе [132] предлагается метод ее определения, основанный на зависимости трещинной проницаемости трещиноватой среды от ее трещинной пористости (коэффициент трещиноватости). Естественно, что толь­ ко в случае чисто трещинного коллектора этот метод можно рас­ сматривать как пригодный для определения запасов нефти.

В работе [135] обсуждается также возможность количествен­ ной оценки распределения трещин способом глубинного фотогра­ фирования. Указывается, что этот способ имеет значительные ог­ раничения. Прежде всего, требуется, чтобы в скважине была проз­ рачная вода. Затем, в результате фотографирования «непосредст­ венные измерения величины раскрытия трещин практически неосу­ ществимы», так как они измеряются десятками микрон. Кроме то­ го, на фотографии различается не истинное раскрытие трещин, а след их пересечения с плоскостью стенки скважины. Сообщается, что «измерения раскрытия трещин по фотографии могут внести существенную ошибку при использовании их значений,. в особен­

152

Глава V

ОСОБЕННОСТИ ПОДСЧЕТА ИЗВЛЕКАЕМЫХ ЗАПАСОВ НЕФТИ (ГАЗА) В ТРЕЩИННЫХ КОЛЛЕКТОРАХ

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ

ОСОБЕННОСТИ МЕТОДИКИ ПОДСЧЕТА

ИЗВЛЕКАЕМЫХ ЗАПАСОВ НЕФТИ (ГАЗА) В ТРЕЩИННЫХ КОЛЛЕКТОРАХ

Современное состояние изученности проблемы трещинных кол­ лекторов характеризуется все более возрастающим интересом к познанию их структуры пустотного пространства и особенностей фильтрации в них нефти и газа.

Многочисленные данные по отечественным и зарубежным ме­ сторождениям свидетельствуют с том, что среди трещиноватых пород наиболее распространенными являются смешанные (слож­ ные) коллекторы. Обобщенной моделью такого коллектора, как указано выше, принято считать коллектор, состоящий из многочис­ ленных блоков породы, межзерновая пористость которых (пер­ вичного и вторичного происхождения) составляет основную ем­ кость для нефти (газа). Блоки (матрица) разделены между собой системами трещин, сохраняющих свои раскрытия благодаря нали­ чию контактов по их стенкам. К трещинам приурочены относи­ тельно редкие и изометричные пустоты выщелачивания (кавер­ ны). Притоки нефти (газа) из пласта-коллектора в скважину определяются трещинной проницаемостью его, тогда как межзер­ новая проницаемость пор коллектора на несколько порядков ниже. Дренирование блоков происходит в объеме пород, на который скважина влияет гидродинамически, через стенки трещин, поверх­ ность которых в зоне влияния скважины весьма велика.

При характеристике отдельных видов пустот (или их совокуп­ ностей) некоторыми исследователями применяются различные и иногда противоречивые термин я. Это прежде всего относится к термину «вторичная пористость», которыми чаще всего пользу­ ются геофизики, понимая под этим названием емкость только трещин и приуроченных к ним каверн. Такие представления не всегда согласуются с фактическими данными. В результате ши­ роких литолого-петрографических исследований было показано, что вторичная пористость отнюдь не исчерпывается емкостью тре­ щин и развитых по ним каверн. Вторичная, или постседиментаци-

155

онная, пористость часто различается в блоках породы (матрице), заключенных между трещинами, будучи обусловлена эпигенети­ ческими процессами. Емкость же трещин и связанных с ними ка­ верн является одной из составляющих (подчиненной) общей вто­ ричной пористости пород коллектора.

6 настоящее время представления о емкости трещин относи­ тельно стабилизировались. Сейчас в литературе уже редко встре­ чаются утверждения о том, что трещинная пористость может иметь значения в несколько процентов (от объема породы). Все боль­ шее количество неопровержимых данных свидетельствует о том, что трещинная пористость (емкость самих трещин) составляет обычно сотые или первые десятые доли процента.

Не случайно прежние представления о наличии нефти, напри­ мер, на Грозненских месторождениях, только в одних трещинах подверглись ревизии. Ныне справедливо признается, что верхне­ меловые известняки этого района обладают «смешанной» порис­ тостью, а ведущая роль в фильтрации нефти в них отводится микротрещинам. Для Грозненских месторождений приводятся ве­ личины емкости трещин и развитых по ним каверн, определенные

Однако известны данные, позволяющие считать, что и эти сравни­ тельно небольшие цифры являются завышенными. Об этом сви­ детельствуют расчеты полезной емкости трещинных коллекторов, проведенные в разное время В. М. Васильевым по сопоставлению извлеченных объемов нефти (приведенным к пластовым услови­ ям) и заводненных (выработанных) объемов пород [39]. Этот ис­ следователь провел такие расчеты для двух блоков нефтяной за­ лежи на месторождении Карабулак-Ачалуки и получил по одному блоку значения полезной емкости 0,32—0,39%, по второму блоку — 0,18%. Позднее подобный расчет им был проведен для верхнеме­ ловой залежи на Малгобек-Вознесенском месторождении и полу­ чена цифра полезной емкости коллектора 0,246% [40]. В. М. Ва­ сильев именует полученные величины «вторичной емкостью», ис­ ходя из предположения, что нефть содержится только в трещинах и развитых по ним кавернах. Если же учесть данные грозненских исследователей о возможности извлечения нефти из пор пород (матрицы), то значительная (возможно даже — большая) часть общей полезной емкости, полученной В. М. Васильевым, придется

на долю пор.

Эти данные свидетельствуют не только о том, что трещинная пористость, вероятнее всего, будет составлять сотые доли процен­ та, но также и о том, что даже в карбонатных породах, наиболее подверженных выщелачиванию, каверны по трещинам, очевидно, развиты относительно редко.

В целом, рассматривая многочисленные данные по изучению трещинных коллекторов при разведке и разработке месторожде­

156

нии, можно утверждать, что трещинная пористость, как правило, редко превышает величину 0,1%. Это, однако, не означает, что емкостью трещин можно пренебрегать, не говоря уже о емкости каверн по трещинам, которая может значительно превышать тре­ щинную пористость. Благодаря высоким коэффициентам нефтегазонасыщенности и нефтеотдачи эти пустоты могут содержать из­ влекаемые запасы нефти, соизмеримые с запасами в порах бло­ ков коллектора (матрице), что подтверждается данными изуче­ ния многих месторождений.

При оценке эффективности межзерновых пор в смешанных кол­ лекторах приходится учитывать одно весьма важное обстоятель­ ство. Мировая практика изучения месторождений нефти и газа показывает, что в условиях наличия трещин горные породы с весь­ ма малой межзерновой пористостью (2—3% и менее) и ничтож­ ной проницаемостью пор (до тысячных и меньших долей миллидарсн) могут содержать нефть и газ в порах и отдавать их (в тре­ щины, а по ним — в скважины). Так, еще в 1956 г. на Междуна­ родном нефтяном конгрессе некоторыми исследователями при описании ряда месторождений Ирана в карбонатных трещинных коллекторах обсуждался вопрос о том, каков предел продуктивно­ сти известняков — при их проницаемости 0,0001 или 0,001 мд (средняя пористость этих пород — от 4,6 до 7,7%). Можно указать также на работу [4], в которой приведены результаты исследова­ ния газовой скважины в трещиноватых карбонатных породах со средней открытой межзерновой пористостью 3% (следовательно, около половины пород по объему обладают меньшей пористо­ стью). Средняя проницаемость этих пород параллельно слоисто­ сти — 0,2, перпендикулярно — 0,005 мд. Количество остаточной воды в порах по данным исследования кернов и по электрокаро­ тажу в среднем составляет только 30% от общего объема пор. Эти данные находятся в противоречии с традиционными пред­ ставлениями о большой остаточной водонасыщенности малопори­ стых и слабопроницаемых пород. Однако они согласуются с ре­ зультатами исследований по некоторым отечественным месторож­ дениям. Так, изучение образцов керна карбонатных пород Вуктыльского газоконденсатного месторождения, проведенное в ВНИИгазе под руководством А. А. Ханина, показало весьма ма­ лое в них количество остаточной воды. В 14 запарафинированных образцах, поднятых с глубины 3030—3220 м, с пористостью от 0,4 до 4,9% (.в среднем около 1%) и проницаемостью в тысяч­ ные доли миллидарси количество остаточной воды, определенное прямым методом (по Заксу), изменялось от 3 до 57%, составляя в среднем всего 20% от объема открытых пор. Подтверждением

месторождении в Белоруссии, обладающих средней пористостью всего 3,1% и остаточной водонасыщенностью 60%■ В целом сле­ дует отметить, что для условий трещинных коллекторов вопрос

157

об эффективности пор при значительном содержании в них оста­ точной воды (более 50%) исследован еще недостаточно.

Кривые фазовых проницаемостей, полученные эксперименталь­ но для поровых коллекторов, затруднительно использовать для трещинных коллекторов, в которых участки нефтенасыщенных пор сообщаются между собой за счет трещин, что создает непрерыв­ ность нефтяной фазы при весьма большом содержании остаточ­ ной воды в породе в целом. Поэтому фильтрация нефти из пор блоков в трещины, а по трещинам — к скважине возможна при гораздо большей остаточной водонасьпценности трещинных кол­ лекторов, чем это установлено для поровых коллекторов.

Приведенные данные вынуждают пересмотреть традиционные представления об эффективности малопористых пород и застав­ ляют все более понижать известные предельные (кондиционные) значения пористости, проницаемости и нефтегазонасыщенносги. Эти данные значительно расширяют диапазон пород, которые но своим физическим свойствам могут быть отнесены к промышлен­ ным коллекторам нефти и газа.

Для оценки общей емкости коллекторов практически во всех случаях при разведке месторождений нефти и газа используется объемный метод подсчета запасов, применимый при любой стадии разведки (с разной точностью) и при любых режимах работы за­ лежей. Все другие известные методы (статистический и матери­ ального баланса — для нефти, по падению давления — для газа) по существу являются дополнением и проверкой объемного ме­ тода, так как они применимы при определенных у с л о в и я х и спустя длительное время с начала разработки месторождений.

Известно, что для трещинных карбонатных коллекторов спо­ собы определения параметров подсчета запасов нефти и газа объ­ емным методом еще слабо разработаны. Однако в последние годы достигнуты некоторые успехи в области разработки этой методики и, в частности, в оценке емкости отдельных видов пустот трещин­ ных коллекторов. К таковым принадлежат методы раздельной оценки емкости трещин и пор, определение эффективного по по­ рам объема пород без выделения эффективной нефтенасыщенной мощности по скважинам и методы оценки трещинной пористости

[113,169].

Раздельная оценка емкости трещин и пор вызвана тем, что в настоящее время отсутствуют методы определения общего объе­ ма всех пустот (трещин, каверн, пор). Кроме того, коэффициенты нефте(газо) насыщенности и нефтеотдачи трещин и развитых по ним каверн, т. е. межблокового пространства коллектора, весьма

и большой капиллярности пор стремится уйти из трещин в блоки пород. С другой стороны, при разработке залежи нефть, содержа­ щаяся в порах (причем в больших количествах, чем в трещинах), поступает в трещины и вытесняет по ним нефть к скважинам. 'Га-

158

ким образОхМ, при разработку извлекается не только объем нефти,, содержащийся в трещинах, но и многократно такие же объемы,,

трещины развиты с большей или .меньшей плотностью во всех литологических разностях пород. Но при оценке емкости поровсй части (матрицы) такого коллектора практически не удается вы­ делить эффективную нефтенасыщенную мощность по скважинам. Промыслово-геофизические методы, применяемые для этой цели в условиях трещинных коллекторов, еще не разработаны, а лабо­ раторные методы (по исследованию керна) не позволяют это сде­ лать по той причине, что не удается установить кондиционные зна­ чения пористости или проницаемости пор. Кроме того, препятст­ вием этому является также весьма неравномерное (пятнистое) на­ сыщение пор нефтью, особенно в карбонатных породах. Поэтому при подсчете запасов в порах целесообразно исходить из учета всего объе.ма пород в залежи. Но при этом образцы керна долж­ ны отбираться равномерно по всему объему пород (в том числе

ив перспективных участках) для анализа на пористость и нефтегазонасыщенность. В этом случае образцы с содержанием оста­ точной воды 100% (и близким к нему) при умножении коэффи­ циента пористости на коэффициент нефтегазонасыщенности авто­ матически исключают неэффективную часть пор из запасов нефти

игаза.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ПОДСЧЕТА ЗАПАСОВ НЕФТИ (ТАЗА) В ТРЕЩИННЫХ КОЛЛЕКТОРАХ

Методика подсчета запасов нефти (газа) по месторождениям1, связанным с трещинными коллекторами, по существу остается пока недостаточно разработанной. Некоторые из физических па­ раметров, входящих в известные формулы для подсчета запасов нефти (газа), являются малодостоверными. К ним, прежде всего, относятся коэффициенты нефтеотдачи в нефтенаеыщенности. Чис­ ленные значения указанных коэффициентов обычно исчисляются не по расчетным или лабораторным» данным, а по приближенным; аналогиям.

В практике применения современных методик к подсчету за­ пасов нефти в трещинных коллекторах недостаточно учитывается сложное строение последних. Емкость таких коллекторов обычно» составлена из совокупности пустот первичного и вторичного проис­ хождения. В первом случае это межзерновые поры, сформирован­ ные на стадиях седиментации и диагенеза осадков. К пустотам

159

вторичного происхождения относятся межзерновые поры, преоб­ разованные эпигенетическими процессами, каверны, карстовые и стилолитовые полости и трещины.

О емкости трещинного коллектора вследствие недостаточно яс­ ного представления об условиях фильтрации нефти в трещинова­ той горной породе складывались самые противоречивые сужде­ ния. В одних случаях роль трещин в емкости трещинного коллек­ тора исключалась, в других — переоценивалась. Одним из край­ них выражений этих взглядов являлось представление о том, что трещины составляют единственную емкость трещиноватой горной породы.

Отдельные исследователи, признавая наличие нефти в матрице горной породы, извлекаемые запасы нефти однако приурочивают в основном к емкости трещин. Так, например, коллекторские свой­ ства карбонатных пород воронежского горизонта девона на Речицком месторождении Белоруссии характеризуются межзерно­ вой пористостью 3—5%, поровой газопроницаемостью 0,67 мд и остаточной водонасыщенностыо 6Г%. Этот коллектор справедливо назван порово-трещинным. Однако некоторые исследователи [134] полагают, что промышленные запасы нефти здесь «содержатся,

•скважин на рассматриваемом месторождении был определен ко­ эффициент продуктивности и рассчитана величина трещинной по­ ристости (коэффициент трещиноватости), которая оказалась рав­

сти, тогда как межзерновая пористость матрицы представляет собой основную часть емкости рассматриваемого порово-трещин- ного коллектора.

Известно, что основными элементами резервуара нефти явля­ ются норовое пространство, проницаемость горной породы и ло­ вушки. Из них только ловушка (т. е. наличие структурных усло­ вий) сравнительно доступно определяется до бурения. Установле­ ние первых двух элементов является самым затруднительным как на стадии поисков, так и при разведке и разработке залежей. Даже на окончательном этапе — истощении залежи нельзя быть уверенным в достоверности количественных значений пористости и проницаемости рассматриваемых пород-коллекторов. Это об­ стоятельство важно учитывать при оценке значений указанных па­ раметров.

Приведем некоторые литературные данные, касающиеся опре­ деления пористости трещиноватых горных пород. Так, в работе [261] при оценке трещинной пористости по существу обсуждается общая пористость трещиноватых пород-коллекторов, составляю­ щими которой являются первичная межзерновая пористость и вторичная пористость (пустоты выщелачивания, трещины и дру-

160

гие пустоты вторичного происхождения). Меж тем, как известно,

справедливо указывается, что часто трудно различать границу между различными типами трещинных коллекторов и поровых коллекторов.

Серьезное возражение встречает предложение оценивать за­ пасы нефти в трещинных коллекторах как запасы, содержащиеся только в трещинах, несмотря на наличие нефти в порах матрицы. Сообщается, что прямого способа измерения параметров трещин­ ной пористости и трещинной проницаемости пока неизвестно. Од­ нако описание такого способа, применяемого в нашей стране, было опубликовано в 1958 г. [223].

Некоторые соображения о раскрытии трещин приведены со ссылкой на работу [248] по месторождению Спраберри. Средние значения раскрытия трещин определяются в 100 мкм. Эта цифра сравнительно с нашими данными завышена, но Дж. М. Драммон­ ду она показалась сильно заниженной, что понятно, поскольку по его представлениям запасы нефти содержатся в основном в тре­ щинах. Им признается, что в определении пористости трещинова­ тых пород-коллекторов нельзя полностью положиться на электро­ каротаж. Керн, по его мнению, является единственным средст­ вом для опознания и исследования трещин. Заслуживает внима­ ния также замечание о том, что продуктивность горных пород от­ ражает их проницаемость, а не пористость.

О соотношении пористости и проницаемости карбонатных по­ род по некоторым месторождениям Предгорья Загрос относи­ тельное представление можно получить из табл. 28. Приведенные данные свидетельствуют, что на рассматриваемых месторождени­ ях развиты, видимо, различные типы трещинных коллекторов, принадлежащие в основном к классу смешанных (сложных) кол-

Таблица 28

Соотношение пористостей и проницаемостей продуктивных известняков на некоторых месторождениях Предгорья Загрос, Иран [261]